Från drone svärmar till trädbatterier, revolutionerar ny teknik ekologi och bevarande

Anonim

Att förstå jordens arter och ekosystem är en utmanande vetenskaplig strävan. Men med planeten i greppet om den sjätte massutrotningshändelsen har det aldrig varit en mer pressande prioritet.

För att låsa upp naturens hemligheter vänder ekologerna till olika vetenskapliga instrument och verktyg. Ibland omarbjuder vi även hushållsartiklar, med ögonbrynshöjningsresultat - oavsett om det är en tefilm att hysa myror eller ta itu med botflylarver med en välriktad nagelskikt.

Men det finns många fler högteknologiska alternativ som blir tillgängliga för att studera den naturliga världen. Faktum är att ekologi ligger på revolutionen, med ny och framväxande teknik som öppnar nya möjligheter till insikter i natur och tillämpningar för att bevara biologisk mångfald.

Vår studie, publicerad i tidningen Ecosphere, följer utvecklingen av denna tekniska utveckling. Här framhäver vi några exempel på dessa spännande framsteg.

Små spårningssensorer

Elektroniskt inspelning av djurs rörelse möjliggjordes först av VHF-radiotelemetri på 1960-talet. Sedan dess har ännu fler arter, särskilt långdistansvandringsdjur som karibou, shearwaters och havssköldpaddor, spåras med hjälp av GPS och annan satellitdata.

Men vår förståelse för vad som påverkar djurs rörelse och andra beteenden, som jakt, avanceras ytterligare genom användningen av "bio-logging" - utrusta djuren själva med miniatyrsensorer.

Många typer av miniatyrsensorer har nu utvecklats, inklusive accelerometrar, gyroskop, magnetometrar, mikrokameror och barometrar. Tillsammans gör dessa enheter det möjligt att spåra djurs rörelser med oöverträffad precision. Vi kan också nu mäta "fysiologiska kostnader" för beteenden - det vill säga om ett djur arbetar särskilt svårt att nå en destination eller på en viss plats för att fånga och konsumera sitt byte.

Närmare bestämt gör det möjligt för ekologer att undersöka hur individer svarar på varandra och deras omgivningar genom att placera djurrörelser i rumsligt noggranna 3D-gjorda (datorgenererade) miljöer.

Dessa enheter kan också hjälpa oss att avgöra om djuren förändrar sitt beteende som svar på hot som invasiva arter eller habitatmodifiering. Detta kan i sin tur berätta för oss vilka bevarandeåtgärder som kan fungera bäst.

Autonoma fordon

Fjärrstyrda fordon, däribland droner, är nu ett vanligt inslag i våra himmel, mark och vatten. Utöver deras mer typiska fritidsanvändningar använder ekologer autonoma fordon för att mäta miljöer, observera arter och bedöma förändringar genom tiden, alla med en viss detalj som aldrig tidigare varit möjlig.

Koppling av autonoma fordon med sensorer (som termisk bildbehandling) gör det nu lättare att observera sällsynta, dolda eller nattliga arter. Det möjliggör oss också att fånga röda rävar, vilket kan hjälpa till att skydda djur som noshörning, elefanter och pangoliner.

3d-utskrivning

Trots att 3D-utskrift har varit banbrytande på 1980-talet börjar vi nu bara inse de potentiella användningarna för ekologisk forskning. Det kan till exempel användas för att göra billiga, lätta spårningsanordningar som kan monteras på djur. Eller det kan användas för att skapa komplexa och exakta modeller av växter, djur eller andra organismer, för användning i beteendestudier.

Bio-batterier

Att hålla elektronisk utrustning i fältet kan vara en utmaning. Konventionella batterier har begränsade livslängder och kan innehålla giftiga kemikalier. Solkraft kan hjälpa till med några av dessa problem, men inte i svagt upplysta områden, till exempel djupt i hjärtat av regnskogen.

"Bio-batterier" kan hjälpa till att övervinna denna utmaning. De omvandlar naturligt förekommande källor till kemisk energi, såsom stärkelse, till el med enzymer. "Plug-in" till träd kan tillåta att sensorer och annan fältutrustning drivs billigt länge på platser utan sol eller tillgång till elnät.

Kombinera teknik

Alla ovan beskrivna teknologier ligger på ett kontinuum från tidigare (nu i stort sett vanliga) tekniska lösningar, till nya och innovativa som nu prövas.

Ny teknik är spännande av sig själva, men i kombination med varandra kan de revolutionera ekologisk forskning. Här är ett modifierat utdrag från vårt papper:

Föreställ dig forskningsstationer utrustade med fjärrkameror och akustiska inspelare utrustade med lågkapacitetsdatorer för bild- och djuranropsigenkänning, som drivs av träd via biobatterier. Dessa enheter kan använda telemetri med låg effekt, långdistansband både för att kommunicera med varandra i ett nätverk, som potentiellt spårar djurrörelse från en plats till en annan och överför information till en central plats. Svärmar av droner som arbetar tillsammans kan sedan distribueras för att kartlägga landskapet och samla data från en central plats trådlöst utan landning. Dronorna kan då landa på en plats med en internetanslutning och överföra data till molnbaserat lagringsutrymme, tillgängligt från hela världen.

Dessa framsteg kommer inte bara att generera mer exakta forskningsdata, men bör också minimera störningen av arter och ekosystem i processen.

Detta kommer inte bara att minimera stressen mot djur och oavsiktlig spridning av sjukdomar, men det bör också ge en mer "naturlig" bild av hur växter, djur och andra organismer interagerar.


Läs mer: "Epic Duck Challenge" visar dronor kan överträffa människor vid landmätning


Att realisera den techno-ekologiska revolutionen kräver bättre samarbete över discipliner och branscher. Ekologer bör ideellt också utsättas för relevant teknikbaserad utbildning (t.ex. teknik eller IT) och branschplaceringar tidigt i karriären.

Flera initiativ, som Wildlabs, Arbetsgruppen för konserveringsteknik och TechnEcology, hanterar redan dessa behov. Men vi är bara bara i början av vad som äntligen är möjligt.